DE1667657A1 - Process for the production of wire-shaped silicon carbide crystals and articles consisting entirely or partially of these crystals - Google Patents
Process for the production of wire-shaped silicon carbide crystals and articles consisting entirely or partially of these crystalsInfo
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Description
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"Verfahren zur Herstellung drahtförmiger Siliziumkarbidkristalle und vcJllig oder teilweise aus diesen Kristallen bestehende Gegenstände""Process for the production of wire-shaped silicon carbide crystals and wholly or partially from these crystals existing objects "
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung drahtförmiger Siliziumkarbidkristalle und auf völlig oder teilweise aus diesen Kristallen bestehende Gegenstände.The invention relates to a method for producing wire-shaped silicon carbide crystals and to completely or objects consisting partly of these crystals.
unter drahtföralgen Kristallen sind hier aufler Kristallen alt rundem Querschnitt auch Kristalle mit polygonalem, z.B. hexagonalem Querschnitt und bandförmige Kristalle zu verstehen·under wire-fed crystals, no more crystals are old here round cross-section also to understand crystals with polygonal, e.g. hexagonal cross-section and ribbon-shaped crystals
Derartige drahtförmige Kristalle, die in der Technik häufig als "Whiskers" bezeichnet werden, wurden bekanntlich zur Versteifung von Kunststoffen« Glas und Netallen, für Isolierungszwecke, fUr Pilter und dergl. angewandt.Such wire-shaped crystals, which are common in technology as "whiskers" are known to be used to stiffen plastics, glass and metal, for insulation purposes, for pilter and the like.
"Whisker"-artige Siliziumkarbidkristalle sind infolge ihrer sogar bei sehr hohen und niedrigen Temperaturen günstigen mechanischen Eigenschaften und ihrer chemischen Beständigkeit für die erwähnten Zwecke besonders geeignet."Whisker" -like silicon carbide crystals are due to their favorable mechanical properties and chemical resistance even at very high and low temperatures particularly suitable for the purposes mentioned.
In der Literatur wurden bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung "whisker"-artiger Sillziuakarbidkristalle beschrieben, label waren die Ausbeute der Kristalle, ihre Abmessungen und deren Oleioheäiigkeit sehr verschieden.Various processes for the production of "whisker" -like silicon carbide crystals have already been described in the literature, label, the yield of the crystals, their dimensions, and their oleic properties varied widely.
Unieiiayen ia«., ,j.-*2..r.»
209812/ 1 ?. -B Π Unieiiayen ia «.,, J .- * 2..r.»
209812/1?. -B Π
Zum Beispiel wurden in einer Atmosphäre von Wasserstoff und Stickstoff aus einem Gemisch von Siliziumoxyd und Kohlenstoff bei Temperaturen von 1375 - 15500C Fasern aus kubischem Siliziumkarbid erhalten, deren Durchmesser von 0.1 zu - 5 um und deren Länge von 10 um zu einigen Zentimetern variierte (britische Patentschrift 1 015 844).For example, in an atmosphere of hydrogen and nitrogen from a mixture of silicon oxide and carbon at temperatures of 1375 - 1550 0 C, cubic silicon carbide fibers were obtained whose diameter varied from 0.1 to -5 µm and their length from 10 µm to a few centimeters ( British Patent 1,015,844).
Weiter wurde beschrieben, daß bei Temperaturen von l400 bis l600°C aus Gemischen eines Methylehlorsilans und Wasserstoff oder von Siliziumchlorid, Kohlenwasserstoff und Wasserstoff auf einem Graphitsubstrat eine faserartige Masse aus kubischem Siliziumkarbid gebildet wurde, wobei örtlich einige "whisker"-artigen hexagonalen Siliziumkarbidkristalle mit einer Stärke von 3 - 10 um gefunden wurden, die eine Länge bis 1 cm aufwiesen. (K.M. Merz, Proc. Conf. Silicon Carbide, Boston 1959, S. 73 · 84, Perganon Press i960).It was also described that at temperatures from 1400 to 1600 ° C. from mixtures of a methylehlorsilane and hydrogen or from silicon chloride, hydrocarbon and hydrogen on a graphite substrate a fibrous mass of cubic Silicon carbide was formed, locally some "whisker" -like hexagonal silicon carbide crystals with a thickness of 3 to 10 µm were found, which were up to 1 cm in length. (K.M. Merz, Proc. Conf. Silicon Carbide, Boston 1959, Pp. 73-84, Perganon Press 1960).
Auch wurde bereits beschrieben (Physical Review rjß (1966) 526), daß bei Reduktion eines Methylchlorsilans mit Wasserstoff bei Temperaturen von 1350 - l43O°C auf einem Graphitsubstrat Kristalle aus hexagonal«· Siliziumkarbid abgelagert werden können. Die Anzahl und die Abmessungen der Kristalle hatte man aber nicht in der Hand. Die größten Kristalle hatten eine Länge von 3 mm und eine Stärke von 300 um. Die kleineren Whisker verzweigten sich öftere an gemeinsamen Seiten von kugelförmigen Ablagerungen· Wenn örtlich auf dem Substrat Metalle, wie Cr, Al, Fe, Co, Cu, Si oder Au durch Ausscheiden aus der Dampfphase angebracht wurden, wurde eine Vergröseerung der kugelförmigen Ablagerungen und eine Verringerung der Abmessungen der Kristall· erhalten« Es wurde festgestellt, daß in diesem Kali kein Anwachsen von SiI iziuekarbidkri stall en duroh einen sog. vapour-liquid-solid (VLS)-Mechanismus stattfindet.It has also already been described (Physical Review rjß (1966) 526), that when a methylchlorosilane is reduced with hydrogen Temperatures of 1350-143O ° C on a graphite substrate crystals of hexagonal «· silicon carbide can be deposited. The number and dimensions of the crystals were given but not in hand. The largest crystals were 3 mm in length and 300 µm in thickness. The smaller whiskers often branched out on common sides of spherical deposits · If locally on the substrate metals, such as Cr, Al, Fe, Co, Cu, Si or Au were attached by precipitation from the vapor phase, an enlargement of the spherical deposits and a reduction in the dimensions of the crystal · obtained «It was found that no growth of silicon carbide crystals in this potash where a so-called vapor-liquid-solid (VLS) mechanism takes place.
Ändere Verfasser (Transaction· of Metallurgical Soc. of A.J.M.E. £22 (1965) 1053) «iod hingegen der Meinung, daflChange author (Transaction of Metallurgical Soc. Of A.J.M.E. £ 22 (1965) 1053) “iod, on the other hand, of the opinion that
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"Whisker"-Anwachs wohl durch einen VLS-Mechanismus erfolgen kann. Dabei wird bekanntlich in einen geschmolzenen Tropfen eines ein Lösungsmittel für den zu kristallisierenden Stoff bildenden Metalls dieser Stoff aus einer Gasphase aufgenommen und nach Sättigung des Tropfens auf dem unterliegenden Substratkristall epitaktisch abgelagert. Ein Kristallanwachs erwies sich für verschiedene Stoffe als möglich, wobei selbstverständlich an das LösungBmIttel in bezug auf die Benetzung des Kristallsubstrates sehr hohe Anforderungen gestellt werden müssen. Ist die Benetzung zu gering» so ist der Kontakt zwischen dem Tropfen und dem Substrat ungenügend, um ein Anwachsen über den ganzen Querschnitt des Kristalls zu erhalten. Bei guter Benetzung, die im allgemeinen bei Lösungsmitteln, in denen sich der zu kristallisierende Stoff gut löst, erwartet werden kann, fließt der Tropfen über die Seiten des Kristallsubstrats aus, so daß von einem zur Bildung von "Whiskers*1 erforderlichen anisotropen Anwachsen nicht die Rede sein kann."Whisker" growth can probably take place through a VLS mechanism. As is known, this substance is absorbed from a gas phase in a molten drop of a metal forming a solvent for the substance to be crystallized and, after the drop is saturated, is deposited epitaxially on the underlying substrate crystal. A crystal growth proved to be possible for various substances, whereby of course very high demands must be made on the solution with regard to the wetting of the crystal substrate. If the wetting is too low, the contact between the drop and the substrate is insufficient to allow growth over the entire cross-section of the crystal. With good wetting, which can generally be expected with solvents in which the substance to be crystallized dissolves well, the droplet flows out over the sides of the crystal substrate, so that the anisotropic growth required for the formation of "whiskers * 1" does not occur Can be talked about.
Die letzteren Verfasser haben erwähnt, daß durch VLS-Anwachsen bei Anwendung von Silizium als Lösungsmittel "whisker"-artige Siliziumkarbidkristalle erhalten werden könnten.The latter authors have mentioned that by VLS growth when using silicon as a solvent, "whisker" -like Silicon carbide crystals could be obtained.
Versuche, die zu der Erfindung geführt haben, haben Jedoch ergeben, daß von den Metallen, die nach Physical Review 143» 1966, 326 für das VLS-Anwachsen "whisker"-artiger Siliziuekarbidkristalle als nicht brauchbar betrachtet wurden, Eisen für diesen Zweck besonders geeignet ist, während bei Anwendung dieses Metalls sogar erheblich günstigere Ergebnisse In bezug auf die Ausbeute, die Abmessungen der Kristalle und die Gleichmäßigkeit der Abmessungen als bei Anwendung von Silizium erzielt wurden, das in diesem Zusammenhang bereits als Lösungsmittel vorgeschlagen wurde.Experiments which have led to the invention have shown, however, that of the metals which, according to Physical Review 143 »1966, 326, were not considered useful for the VLS growth of" whisker "-like silicon carbide crystals, iron is particularly suitable for this purpose is, while when using this metal even considerably more favorable results in terms of the yield, the dimensions of the crystals and the uniformity of the dimensions were achieved than when using silicon, which has already been proposed as a solvent in this context.
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Die Tatsache, daß bei den bekannten Verfahren, bei dem örtlich auf ein Oraphltsubstrat Elsen aufgebracht wurde, kein "whisker"-Anwachsen durch einen VLS-Mechanlemus festgestellt wurde, 1st etwa darauf zurückzuführen, daß ein Graphltsubstrat verwendet wurde und bei Anwendung einer geringen Menge Elsen bei der Kristallisationstenperatur dl« ganze Elsennenge in Karbid «gewandelt wurde und für ein VLS-Anwachsen kein Elsen sehr übrig blieb.The fact that in the known method in which locally Elsen was applied to an oracle substrate, no "whisker" growth by a VLS mechanism was found, 1st due to the fact that a graph substrate was used and when a small amount of Elsen is used the crystallization temperature is the whole amount of Elsen in carbide «Was changed and no Elsen very much for a VLS growth remained.
Die Erfindung, die sich auf die oben beschriebenen Beobachtungen und Erwägungen gründet, bezieht eich auf ein Verfahren zur Herstellung drahtförmiger Siliziuekarbidkristalle, bei den das Siliziumkarbid aus einer Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Oasphase durch einen VLS-Mechanismus auf einen Substrat anwächst, wobei ein Substrat verwendet wird, an dessen Oberfläche ein Lösungsmittel für Silizium und Kohlenstoff, das für den VLS-MechaniSBBua geeignet ist, in solcher Font vorliegt, daß bei erhöhten Temperaturen in der Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Gasphase feinverteilte Tröpfchen aus den Lösungsaittel, SillsiuB und Kohlenstoff gebildet werden, mittels welcher Tröpfchen Kohlenstoff und Siliziue aus der Oasphase in Fora von einkristallinen Siliziumkarbid sich an die Feststoff-FlUsslgkeits-Grenze ausscheidet, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Eisen als Lösungsmittel verwendet wird und die alt Elsen versehene Substratoberfl&ohe bei Temperaturen von wenigstens 1150°C, vorzugsweise über 12000C, aber la allgemeinen nicht höher als l400°C, der Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Oasphase ausgesetzt wird.The invention, which is based on the above-described observations and considerations, relates to a method for producing wire-shaped silicon carbide crystals, in which the silicon carbide from an oasis phase containing silicon and carbon grows onto a substrate by a VLS mechanism using a substrate , on the surface of which a solvent for silicon and carbon, which is suitable for the VLS MechaniSBBua, is present in such a font that at elevated temperatures in the gas phase containing silicon and carbon, finely divided droplets are formed from the solvents, SillsiuB and carbon, by means of which Droplets of carbon and silicon from the oasis phase in the form of monocrystalline silicon carbide precipitate at the solid-liquid limit, which is characterized in that iron is used as the solvent and the substrate surface provided with old Elsen at temperatures of at least 1150 ° C, preferably Se over 1200 0 C, but la generally not higher than 1400 ° C, the silicon and carbon-containing oasphase is exposed.
Ss ist nicht erforderlich, dafi das Elsen In reiner Form verwendet wird. Selbstverständlich kann das Eisen ohne Bedenken bereits Kohlenstoff oder Silizium enthalten. Auch ander· Legierungselemente können im Eisen vorhanden sein. Irgendeine Verbesserung durch das Vorhandensein von Legierungselementen wurde aber nicht festgestellt.It is not necessary that the Elsen is used in its pure form. Of course, the iron can be used without hesitation already contain carbon or silicon. Other alloying elements can also be present in the iron. Any However, no improvement due to the presence of alloying elements was found.
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In diesen Zusammenhang soll In dieser Beschreibung und in den Ansprüchen der Ausdruck "Eisen1* nicht nur reines Eisen, sondern auch Legierungen mit Bisen als Hauptbestandteil, z.B. Kohlenstoffstahlarten und Legierungsstahlarten umfassen.In this context, in this description and in the claims, the expression "iron 1 *" is intended to encompass not only pure iron, but also alloys with bison as the main component, for example types of carbon steel and types of alloy steel.
Das Eisen kann in verschiedener Weise auf dem Substrat angebracht werden sun Zweck des Erhaltene einer feinen Verteilung. Vorzugsweise wird die Substratoberfläohe vorher mit Elsen enthaltendem Pulver bedeckt. Dies kann z.B. dadurch geschehen, daß ein oberflächlich aufgerauhtes Substrat mit Elsen bestrichen, daß das Substrat mit Elsenpulver bestreut oder das Ilsen durch Aufdampfen auf das Substrat aufgebracht wird. Im letzten Fall wird die feine Verteilung beim Erhitzen erhalten, wodurch «in· etwaige zuerst erhaltene einheitliche Schicht bei der Schmelzbildung sich zu gesonderten Tröpfchen zusammenzieht.The iron can be applied to the substrate in various ways for the purpose of obtaining a fine distribution. The substrate surface is preferably cleaned beforehand with Elsen containing powder covered. This can be done, for example, by coating a surface roughened substrate with Elsen, that the substrate is sprinkled with Elsen powder or that Ilsen is applied to the substrate by vapor deposition. In the latter case, the fine distribution is obtained on heating, as a result of which any uniform layer obtained first contracts into separate droplets during the melt formation.
Als Substrate eignen sich bei dem Verfahren im allgemeinen all« gegen dl« erwähnten Temperaturen beständigen Werkstoff·, wi· Graphit, Aluminiumoxyd und Siliziumkarbid. Bei Verwendung eines Subetratmaterials wie Graphit, das in erhebliche» Maße mit Eisen reagiert, 1st es selbstverständlich erforderlloh, daß eine so große Menge Elsen auf dem Substrat angebracht wird, daß es nicht völlig verbraucht ist, bevor die Kristall!· sation angefangen hat. In solohen Fällen erweisen sich z.B. dünne aufgedampfte Sisenschlchten z.B. dünner als 1 μ» als ungeeignet.In general, all " material resistant to the temperatures mentioned, wi Graphite, aluminum oxide and silicon carbide. If a substrate such as graphite is used, this will be considerable reacts with iron, if it is of course necessary, that such a large amount of Elsen is applied to the substrate that it is not completely used up before the crystal! sation has started. In individual cases, e.g. thin, vapor-deposited sisenschlchten, e.g. thinner than 1 μ », prove to be unsuitable.
Als Silizium- und kohlenstoffhaltige Oase können Alkylhalogeneilane, z.B. Methylohlorsilane, oder Gemische von Kohlenwasserstoffen mit Slliziumtetrahalogeniden oder mit eine· Halogensllan, wie SiHCl,, Anwendung finden. In diesen Fällen 1st das Vorhandensein von wasserstoff in der Oasphase zum Erhalten der erwünschten pyrolytischen Zersetzung der Siliciumverbindungen erforderlloh. Bei Anwendung von Sl)L4, das •loh leicht zersetzt und in Vereinigung mit einem Kohlen-As silicon and carbon-containing oases, alkyl halides, for example methylochlorosilanes, or mixtures of hydrocarbons with silicon tetrahalides or with a halogens such as SiHCl, can be used. In these cases the presence of hydrogen in the oasis phase is necessary to obtain the desired pyrolytic decomposition of the silicon compounds. When using Sl) L 4 , the • tan easily decomposes and in combination with a carbon
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wasserstoff angewandt werden kann, ist das Vorhandensein von Wasserstoff nicht erforderlich. In diesem Palle kann ein Inertes Gas, z.B. Argon, als Trägergas verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird die Silizium·» und kohlenstoffhaltige Gasphase auf bekannte Welse mit Hilfe der billigen Ausgangsstoffe Siliziumoxyd und Kohlenstoff hergestellt, vorzugsweise In einer Wasserstoffe tmosphäre.hydrogen can be applied, the presence of hydrogen is not required. In this Palle one can Inert gas, e.g. argon, can be used as the carrier gas. According to In a preferred embodiment, the silicon and carbon-containing gas phase is produced in a known manner with the help of the cheap starting materials silicon oxide and carbon, preferably in a hydrogen atmosphere.
Die erhaltenen Kristalle bestehen zum Teil aus kubischem und zum Teil aus hexagonal em Siliziumkarbid. Wenn hexagonale Siliziumkarbidkristalle als Substrat verwendet werden, tritt auf Prisma- und Pyramidflächen ein stärkeres Anwachsen von "Whisker" als auf Baβisflachen auf.The crystals obtained consist partly of cubic and partly of hexagonal silicon carbide. If hexagonal If silicon carbide crystals are used as the substrate, a stronger growth of occurs on prism and pyramid surfaces "Whisker" than on base surfaces.
Wie oben bereits erwähnt wurde, können die "Whiskers" wegen ihrer günstigen mechanischen Eigenschaften und ihrer chemischen Beständigkeit für verschiedene Zwecke angewandt werden.As mentioned above, the "whiskers" can be because of their favorable mechanical properties and chemical resistance can be used for various purposes.
Bei Verwendung zur mechanischen Versteifung von Gegenständen können die Kristalle während der Formgebung in Werkstoffe, wie Kunststoffe, Gläser und Metalle, aufgenommen werden, während sie bei Verwendung als Isolierung und für Filter, z.B. in einer Matrize zu Platten, Blöcken und dergl. gepresst werden können, deren Zusammenhang gegebenenfalls duroh eine Sinterbehandlung gefördert werden kann.When used for mechanical stiffening of objects, the crystals can be used in materials such as Plastics, glasses and metals, while used as insulation and for filters, e.g. in a die to form plates, blocks and the like.
Die Siliziumkarbidkristalle nach der Erfindung lassen sich nicht nur für die erwähnten Zwecke verwenden, sondern sie eignen sich auch besonders zur Anwendung beim Aufbau von Halbleitervorrichtungen. Der geringe Querschnitt der Kristall· ergibt die Höflichkeit der Bildung von Vorrichtungen mit äußerst geringen Abmessungen, während außerdem infolge der großen Biegsamkeit der Kristalle in ihrer Längsrichtung gekrümmte und aufgerollte Strukturen gebildet werden können. Wenn bei dieser Anwendung in Halbleitervorrichtungen In diesen Kristallen pn-übergänge erforderlich sind, können dies« währendThe silicon carbide crystals according to the invention can not only be used for the purposes mentioned, but they are also particularly suitable for use in building semiconductor devices. The small cross-section of the crystal gives the courtesy of the formation of devices with extremely small dimensions, while also due to the great flexibility of the crystals in their longitudinal direction curved and rolled structures can be formed. When in this application in semiconductor devices In these Crystals PN junctions are required, this can «during
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des Anwachsens der Kristalle dadurch erzielt werden, daß In der Oasphase, aus der die Kristallisierung erfolgt, abwechselnd Donatoren und Akzeptoren dotiert werden. Vorzugswelse wird aber in das beim "Whisker"-Anwachsen verwendete Eisen ein Bestandteil aufgenommen, der im Siliziumkarbid einen bestimmten Leitfähigkeitstyp herbeiführt, während Über die dasphase intermittierend ein andere LeitfMhigkeitseigenschaften förderndes Dotierungsmittel zugeführt wird.the growth of the crystals can be achieved by In the oasis phase from which the crystallization takes place, donors and acceptors are doped alternately. Preferred catfish but becomes into the iron used in "whisker" growth a constituent has been added which brings about a certain conductivity type in silicon carbide, while intermittently a different conductivity type over the phase promoting dopant is supplied.
Die oben erwähnten Gegenstände und Vorrichtungen, die völlig oder teilweise aus durch das Verfahren nach der Erfindung erhaltenen Kristallen bestehen, liegen auch in Rahmen der Erfindung.The above items and devices that are totally or consist partly of crystals obtained by the process according to the invention, are also within the scope of the invention.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung und einiger Beispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing and a few examples.
Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt eine Vorrichtung zur Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung.Fig. 1 shows schematically in section an apparatus for performing the method according to the invention.
Die Vorrichtung ist aus einem Quarzgefäß 1 aufgebaut, in dem eine Gasataosphäre der gewünschten Zusammensetzung aufrechterhalten werden kann. Das Quarzgefäß 1 1st mit einem Glasmantel 2 für Wasserkühlung versehen.The device is constructed from a quartz vessel 1 in which a gas atmosphere of the desired composition can be maintained. The quartz vessel 1 is provided with a glass jacket 2 for water cooling.
Im Gefäß 1 ist auf einer Abstützung 2 ein Graphittiegel 4 mit einer Höhe von 100 mm und einem Innendurchmesser von 50 mm angeordnet, der mit einem plattenförmigen Deckel 5 derart verschlossen 1st, daS im Quarzgefäß 1 vorhandenes Gas eintreten kann. Im Deckel 5 ist ein Graphitrohr 6 angebracht, durch das mit Hilfe eines optischen Pyrometers eine Temperaturkontrolle durchgeführt werden kann. Das Gefäß 4 ist von einer Schicht J aus wärmeisolierendem Graphitfilz umgeben. Rings um das Quarzgefäß 1 ist zur Erhitzung der Vorrichtung eine Induktionsspule 8 angebracht. Der Deckel 5 wird als Substrat zur Ablagerung der Kristalle verwendet.In the vessel 1, a graphite crucible 4 with a height of 100 mm and an inner diameter of 50 mm is arranged on a support 2, which is closed with a plate-shaped cover 5 in such a way that gas present in the quartz vessel 1 can enter. A graphite tube 6 is fitted in the cover 5, through which temperature control can be carried out with the aid of an optical pyrometer. The vessel 4 is surrounded by a layer J of heat-insulating graphite felt. An induction coil 8 is attached around the quartz vessel 1 for heating the device. The lid 5 is used as a substrate for depositing the crystals.
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Fig* 2 s-slgt teilweise eine ander© ltusfUhrungsforas dieser Vorrichtung. Im Tiegel 4 dsr Fig. list »uf &lmv Atoistütsung 9 ein Substrat 10 angeordnet, auf dem. die Kristalle aufrecht statt SiüftgöiMlc wie bsi der Anordnung moh Fig« I, anwachsen könüfsß* Bei* 7i«f?«l 4 ist i» dieses» All« gleich uv? Ir. FiS. 1» Kit elsei? Fl&tte 5 abgedeckt.Fig. 2 shows, in part, a different guide for this device. In the crucible 4 dsr Fig. List "uf & lmv Atoistütsung 9, a substrate 10 disposed on the. the crystals upright instead of SiüftgöiMlc as in the arrangement moh Fig. I, can grow on . Ir. FiS. 1 »Kit elsei? Fl & tte 5 covered.
Die blatte 5 der Fig. 1 besteht aus hexagonaleR Slliaiunkarbldkriatallen und ist durch Sublimlerttiig auf einer Graphitplatte bei 2600°C erhalten. Die Platte 5 wird alt Eisenpulver mit einer Korngröße von etwa 5 um eingerieben. Bs Tiegel 4 wird Siliciumoxid angebracht» das Bit der Kohle des Tiegels 4 in einer im Quarzglas 1 aufrecht erhaltenen Wassei'stoffatmosphäre bei Erhitzung reagiert, wobei ein öiliziue- und kohlenstoffhaltiger Dampf entwickelt wird. Durch Aufnähme dieses Daapfes in die dabei schmelzenden Eisenkörner und durch Ablagerung von Siliziumkarbid aus der Schmelze auf dem Substrat 5 wachsen hängend am Substrat drahtformige Kristalle, die an ihrem freien Ende häufig noch eine Eisenkugel tragen. Bei Erhitzung des Tiegels auf einer Temperatur von 12800C mit Hilfe der Induktionsspule 8 wurden auf diese Weise in 65 Stunden "whisker1* ■it einer mittleren Stärke von 10 um und einer Länge bis 6 ca gebildet.The sheet 5 of FIG. 1 consists of hexagonal Sllialunkarbldkriatallen and is obtained by sublimation on a graphite plate at 2600 ° C. The plate 5 is rubbed in old iron powder with a grain size of about 5 μm. Silicon oxide is attached to the crucible 4, the bit of the carbon in the crucible 4 reacts when heated in a hydrogen atmosphere maintained in the quartz glass 1, with an oil- and carbon-containing vapor being developed. By absorbing this Daapfes in the melting iron grains and by depositing silicon carbide from the melt on the substrate 5, wire-shaped crystals grow hanging on the substrate, which often still carry an iron ball at their free end. On heating the crucible to a temperature of 1280 0 C by means of the induction coil 8 an average thickness of 10 microns and a length in this way were in 65 hours, "whisker 1 * ■ it formed to 6 ca.
Ein Aluminiumoxydsubstrat wird mit Eisenpulver mit einer Korngröße von etwa 250 um bestreut und in der in Fig. 2 »it 10 bezeichneten Lage im Tiegel 4 angeordnet. Im Tiegel 4 wird Siliziumoxyd angebracht, das mit der Kohle des Tiegels In einer im Quarzgefäß 1 aufrechterhaltenen CtasatmosphMre bei Erhitzung reagiert, wobei ein Silizium·· und kohlenstoffhaltiger Dampf entwickelt wird. Durch Aufnahme dieses Dampfes in dieAn aluminum oxide substrate is sprinkled with iron powder with a grain size of about 250 μm and arranged in the crucible 4 in the position indicated in FIG. In the crucible 4 of silicon oxide is applied which reacts with the carbon of the crucible in a quartz vessel 1 maintained in CtasatmosphMre upon heating, whereby a silicon carbon-containing ·· and steam is developed. By absorbing this vapor into the
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dabei schmelzenden Eisenkörner und durch Ablagerung von Siliziumkarbid aus der Schneise auf dem Substrat 10 wachsen drahtförmig» Kristalle auf diesem Substrat. Bei Erhitzung des Tiegels 4 auf eine Temperatur1 von 12S0°ö werden In 60 Stunden Kristalle »it einer mittleren LSnge i/on 3 mas und einer Stärke von etwa 200 um gebildet.iron grains that melt in the process and, as a result of the deposition of silicon carbide from the aisle on the substrate 10, grow wire-like crystals on this substrate. When the crucible 4 is heated to a temperature 1 of 120 ° O, crystals with an average length of 1 / on 3 mas and a thickness of about 200 μm are formed in 60 hours.
Ein GraphlfcjsabHtrat wird mit Eisenpulver mit eines· Korngröße von 5 M» eingerieben* Des Substrat wird auf die in Fig. i dargestellte Wels« alt» Beck«! 5 für den Tiegel % benutzt· Zn Ti#gel 4 wi2*d Silizium angebracht und die Vorrichtung wird mit Wasserstoff mit atmosphärische» Druck ausgefüllt. Bei Erhitzung auf 13000C wachsen durch einen VLS-Meohanlsmus in 50 Stunden auf dem Substrat *whi3kerw-artige Siliziuakarbldkristalle mit einer Länge bis 2 era und einer Stärke von 5-10 Jim.A graphite residue is rubbed with iron powder with a grain size of 5M. The substrate is placed on the catfish shown in FIG. 5 used for the crucible · Zn Ti # gel 4 wi2 * d silicon attached and the device is filled with hydrogen at atmospheric pressure. When heated to 1300 0 C by a VLS-grown Meohanlsmus in 50 hours on the substrate * whi3ker w -like Siliziuakarbldkristalle era with a length up to 2 and a thickness of 5-10 Jim.
Wie im Schnitt in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt ißt, werden nach Beispiel 1 erhaltene "Whisker* 11 bis zu einer Höhe von 1 mm parallel in einer Kohlematrize 12 angeordnet, die die folgenden Innenabmessungen aufweist: Länge 6 cm, Breite 2 cm und Höhe 1 cm. Die Matrize wird zur Hälfte bei einer Temperatur von 7000C mit Aluminium ausgefüllt. Nach Abkühlung wird der erhaltene Block aue der Matrize entfernt und in einer zur Längsrichtung der "Whiskers" senkrechten Richtung zu einer Folie mit einer Stärke von 100 Mm ausgewalzt. Die erhaltene Folie weist in der Längsrichtung der * Whiskers1* eine erheblich grosser« Zugfestigkeit als eine auf gleiche Welse, aber ohne Zusatz von "Whiskers" erhaltene Folie auf.As shown in section in FIG. 3 of the drawing, whiskers 11 obtained according to Example 1 are arranged in parallel up to a height of 1 mm in a carbon die 12 which has the following internal dimensions: length 6 cm, width 2 cm and height 1 cm. the die is filled to half at a temperature of 700 0 C with aluminum. After cooling, the resulting block is aue the die removed and rolled in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the "whiskers" direction to a film having a thickness of 100 mm . the resulting film has in the longitudinal direction of the whisker * 1 * a considerably large "tensile strength obtained as a same catfish, but without the addition of" whiskers "film.
• 10 -• 10 -
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Fig. 4 zeigt im Sehnitt ein Filter, Das plattenfönsige Filter ißt «us einer PIacinscMIe 13 aufgebaut, deren Boden mit Qttmmgßin 14 versehen ist« Auf a*m Boden ist· «ine Schicht nach Beispiel 3 erhaltener wWiigk*rsH 15 in beliebigen Richtungen in einar Stärk« von 2 met Fig. 4 shows in Sehnitt a filter plattenfönsige filter eats "us a PIacinscMIe 13 constructed whose bottom is provided with Qttmmgßin 14" on a * m soil · "ine layer obtained according to example 3 w Wiigk * rs H 15 in any Directions in a thickness of 2 meters
d«r fceh^rt chemischen Beständigkeit eignet sich das erhaltene Filter sis Filtrieren sehr sgc;ms9iver Flüselglceiten und 0»«e.The obtained chemical resistance is suitable for the chemical resistance Filter sis Filtration very sgc; ms9iver Flüselglceiten and 0 »« e.
line Vorriehtiuig nach Fig. 1 wird verwendet, wobei das Substrat 5 aus iiexagonalen Siliziumkarbidkristallen besteht. Das Substrat ist auf die In Beispiel 1 beschriebene Weise erhalten.line Vorriehtiuig according to Fig. 1 is used, the substrate 5 consists of ixagonal silicon carbide crystals. The substrate is obtained in the manner described in Example 1.
Die Platte 5 wird alt Pulver einer Legierung von Eisen und 10 detf.£ AluainiuB alt einer Korngröße von durchschnittlich 5 μα eingerieben. I« Tiegel 4 wird Siliziuaoxyd angebracht, das mit der Kohle des Tiegels in einer im Quarzgefäfl 1 aufrechterhaltenen Wasserstoffataosphäre bei Erhitzung reagiert, wobei ein slliziua- und kohlenstoffhaltiger Dampf entwickelt wird. Dieser Dampf wird dann in die Kttrner der Eisen-Alueiniuelegierung aufgenommen, die dabei schmelzen. Aus dieser Schmelze lagern sich bei Erhitzung mit Hilfe der Induktionsspule 8 auf einer Temperatur von 12500C drahtföraiige Siliziumkarbidkristalle mit einer Starke von etwa 10 u* *uf dem Substrat ab. Die gebildeten p-leitenden Kristalle entbalten 1019 Aluminiumatome pro cm . Wird die wässerstoffa tmosphXre durch Ammoniak ersetzt, so wird η-leitendes Siliziumkarbid abgelagert.The plate 5 is rubbed in old powder of an alloy of iron and 10% aluminum with an average grain size of 5 μα. In the crucible 4 silicon oxide is attached, which reacts with the charcoal of the crucible in a hydrogen atmosphere maintained in the quartz vessel 1 when heated, whereby a silicon and carbon-containing vapor is developed. This steam is then absorbed into the core of the iron-aluminum alloy, which melts in the process. From this melt, when heated with the aid of the induction coil 8 to a temperature of 1250 ° C., wire-shaped silicon carbide crystals with a thickness of about 10 μm are deposited on the substrate. The p-type crystals formed contain 10 19 aluminum atoms per cm. If the aqueous atmosphere is replaced by ammonia, η-conductive silicon carbide is deposited.
Venn jeweils nach vier Stunden während einer Stunde der Wasserstoff duroh Ammoniak ersetzt wird, werden in 50 Stunden "whis-If the hydrogen is replaced by ammonia for one hour every four hours, "whis-
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Die sieh αώ eineK d£z ϊχ\0^ kugeln köm'Sn als elt^äris; tere Kontakte kömien -diiioL Gold mit 5 % üfental h-^-isThey see αώ aK d £ z ϊχ \ 0 ^ balls köm'Sn as elt ^ äris; tere contacts kömien -diiioL gold with 5 % üfental h - ^ - is
Es können alle p« mid ii«lei feisdea Bereiche dar ^whAll p «mid ii« lei feisdea areas can represent ^ wh
artigen Kristalle dui'uli iUieOiifii^lsen von mit einsr Stärke von f> ..iis sid;l SCo-ntakten.like crystals dui'uli iUieOiifii ^ lsen of with a strength of f> ..iis sid; l SCo-ntakten.
Die unterseiiiedlioh kjßi4ilctisi.3ten Teile kennen dann oder in Vereinigung als Miäiiatardioden mid MiniaturtrasusietoThe untereiiiedlioh kjßi4ilctisi. 3 th parts know then or in union as Miäiiatardioden mid Miniaturtrasusieto
ren verwendet werden*can be used *
Erforderlichenfalls fcönosß äle "Whiskers" in diesen fällen in gekrümmten! Zustand vollendet werden»If necessary, all "whiskers" are used in these cases curved! State to be completed »
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Legal Events
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